Diese günstige und helle LED-Deckenleuchte, nein, zwei davon, haben meine Frau und ich vor einigen Jahren aus dem Baumarkt mitgebracht. Gut, über Schönheit kann man streiten, aber praktisch sind sie, als Paar an der Küchendecke. 30 cm Durchmesser, 1500 Lumen, 30 Watt.

Billigware aus China, denken Sie? Aber, aber, da waren immerhin drei Jahre Gewährleistung drauf. Den Kassenzettel habe ich noch.

3 Jahre und 6 Monate ist das her. Dann ging die eine zwischendurch plötzlich aus, nach 5 oder 10 Minuten Betrieb. Nicht immer, aber immer öfter.

Ich habe die Leuchte also abmontiert und hineingeschaut. Unter der Plastikschale befindet sich ein kreisrundes Leuchtpannel mit 24 weißen LEDs. In der Mitte sitzt der LED-Treiber, der aus der 230-V-Netzwechselspannung einen konstanten Gleichstrom von 220 mA für die LEDs macht. Oder machen sollte. An den LEDs, die in Reihe geschaltet sind, liegen dann etwa 120 V Gleichspannung an.

Das Kästchen links in der Leuchte ist ein Bewegungssensor, der die Leuchte einschaltet, wenn jemand im Dunkeln in die Küche geht. Hatte ich deaktiviert und später ausgebaut. Für andere Zwecke. Oben im Bild ist der Stromanschluss an unserer Küchendecke zu erkennen: Null, Masse und Phase, Lüsterklemme, wie üblich.

Die Ursache

Der Ausfall der Leuchte wurde durch den LED-Treiber verursacht. Ich habe ihn abmontiert und auseinandergelötet. Unter der Plastikhaube befindet sich eine Elektronikplatine mit einem kleinen Chip, vier Gleichrichterdioden, ein winziger Transformator und verschiedene Widerstände und Kondensatoren. Ein Schaltnetzteil, gewissermaßen. An der Platine hatten sich die Zuleitungen gelöst, und offenbar waren auch einige der Bauteile schlecht verlötet. Kein Wunder, dass er ausgefallen ist. Im Betrieb wird er zu warm, und wenn dann die Drähte auch noch stramm unter Zugspannung eingelötet sind, dann hält das nicht ewig. Ein neuer LED-Treiber musste her, natürlich selbstgebaut.

Glücklicherweise haben wir bei sauerampfer-online solche Aufgaben schon mehrfach erfolgreich gelöst, nämlich in der Röhren-Energiesparlampe und beim Netzteil des Lokomobilisators. Es geht dort zwar um die Heizfäden von Röhren, aber das Konzept funktioniert auch für LEDs. Und meine Lösung funktioniert seit 2008 störungsfrei!

Die Lösung

Der neue LED-Treiber besteht im Wesentlichen aus einem Motorkondensator (zur Einstellung des Lampenstroms) und einem Brückengleichrichter, denn das LED-Pannel arbeitet nur mit Gleichstrom. Der Vorteil der Strombegrenzung mittels Kondensator statt mit einem Widerstand besteht darin, dass der Kondensator keine Wärme erzeugt. Der Energieverbrauch der Leuchte steigt gegenüber dem elektronischen LED-Treiber nicht an, ja, er wird sogar etwas niedriger. Rechnen wir die Schaltung einmal nach!

Das LED-Pannel läßt bei 120 V einen Strom von 240 mA fließen. Es hat also (wir rechnen, als wäre es ein einfacher Widerstand) einen Innenwiderstand von

R_pannel = 12 V / 240 mA = 500 Ω.

Der 3-µF-Kondensator ist der Phasenschieber-Kondensator aus einem alten Wechselstrommotor. Er hat bei 50 Hz eine Impedanz von

Z_C = (2 π 50 Hz x 3 10^-6 F)^-1 = 950 Ω.

Das macht zusammen... nein, nicht 1450 Ω ! Kapazitive Impedanzen verursachen im Gegensatz zu ohmschen Widerständen eine Phasenverschiebung von 90 Grad zwischen Strom und Spannung. Sie müssen bei Reihenschaltung nach Pythagoras addiert werden. Also sind das

(950² + 500²) ^1/2 = 1074 Ω.

An 230 V fließt dann also ein Strom von

230 V / 1074 Ω = 220 mA

Bingo! So machen wir das.

Der Gleichrichter besteht aus einer Brückenschaltung von vier Dioden vom Typ 1N4007, die ich auf eine Lochrasterplatine gelötet habe. Sie halten die Netzspannung ganz locker aus. Trotzdem habe ich eine Schmelzsicherung von 0.6 A eingebaut, um das Leuchtpannel zu schützen. Es könnte ja sein, dass der Kondensator eines Tages einen Kurzschluss bekommt.
Einen keramischen Widerstand von 47 Ω habe ich mit dem Kondensator in Serie geschaltet. Er dient zur Begrenzung des Stromimpulses, der den Kondensator beim Einschalten der Leuchte auf die augenblickliche Spannung läd. Dieser Widerstand ist für 10 Watt Belastbarkeit ausgelegt. Man kann leicht nachrechnen, dass das bei dem erwarteten Betriebsstrom notwendig ist. Ich habe im Dauerbetrieb an dem Teil eine Temperatur von 80°C gemessen. Der Widerstand ist wie der Kondensator mit einer Schelle aus Blech am Lampengehäuse angeschraubt, und zwar so, dass er keine Plastikteile berühren kann.
Ein weiterer Widerstand von 100 kΩ liegt parallel zum Kondensator. Er sorgt dafür, dass sich der Kondensator nach dem Abschalten der Leuchte entladen kann.

Nun funktioniert die Küchenleuchte wieder! Ich habe übrigens den Strom gemessen: 180 mA, also etwas weniger als berechnet. Doch die Helligkeit scheint nicht geringer zu sein als bei ihrer Schwesterleuchte. Wir müssen ja bedenken, dass unsere Berechnung auch einige Annahmen macht, die zwar nicht total falsch, aber auch nicht vollkommen exakt sind.
Hat sich die Reparatur gelohnt? Widerstand und Kondensator haben schon lange in meiner Bastelkiste gedümpelt. Bastelarbeitszeit rechne ich nicht, da würde ich mich arm rechnen. Aber ich habe mal wieder etwas spannendes dazugelernt. Es kommt auf die Sichtweise an, wie immer.

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